Внешний фотоэлектрический эффект

 

1. Сколько электронов может выбить из металла один фотон?

2. Квантовым выходом фотоэлектрического эффекта называется число β, равное отношению числа электронов, долетевших до анода, к числу фотонов, падающих на катод в единицу времени. Чему равно максимальное значение величины β?

3. От чего зависит численное значение работы выхода?

4. По расположению элементов в таблице Менделеева сравнить работы выхода электронов Li и Cs (.Li и Na; Cs и Na)

5. Фотоэлемент поочередно освещают красным и синим светом одинаковой интенсивности. Сравнить максимальную скорость вырываемых с поверхности металла электронов.

6. Работа выхода электрона из металла составляет а) 0,5; б) 1; в)2 энергии падающего фотона. Возможен ли при этих условиях фотоэффект?

7. Будет ли наблюдаться фотоэффект, если энергия падающего фотона равна половине работы выхода?

8. Красная граница внешнего фотоэффекта для некоторого металла ε₀ = 3,2 эВ. Будет ли наблюдаться фотоэффект при освещении этого металла светом

а) с длиной волны 0,6 мкм;

б) с частой 5·10¹⁴ Гц;

в) с энергией 1,5·10^-19 Дж?

9. Красная граница внешнего фотоэффекта для некоторого металла ν₀ = 3∙10¹⁴ Гц. Будет ли наблюдаться фотоэффект при освещении этого металла светом

а) с длиной волны 600 нм;

б) с частой 7·10¹⁴ Гц;

в) с энергией 5·10^-19 Дж?

10. Красная граница внешнего фотоэффекта для некоторого металла λ₀ = 400 нм. Будет ли наблюдаться фотоэффект при освещении этого металла светом

а) энергия кванта которого ε₀ = 3,2 эВ;

б) с длиной волны 500 нм;

в) с частой 3·10¹⁴ Гц?

11. Работа выхода электрона из некоторого металла равна 3 эВ. Можно ли наблюдать внешний фотоэффект при освещении его светом с длиной волны 500 нм?

12. Как изменится величина тока насыщения на вольт-амперной характеристике фотоэлемента, если не изменяя светового потока увеличить частоту падающего излучения?

13. Как изменится величина тока насыщения на вольт-амперной характеристике фотоэлемента, если не изменяя длины волны падающего излучения увеличить световой поток?

14. Фотоэлемент освещается монохроматическим светом длины волны λ. Как изменится вид вольтамперной характеристики, если увеличить (уменьшить) длину волны, не меняя светового потока? Изобразить это графически.

15. При изучении фотоэффекта получены графики зависимости задерживающего потенциала от частоты падающего излучения для двух металлов (рис. 1.68). Сравнить

а) интенсивности падающего излучения;

б) работы выхода электронов из металлов;

в) красные границы фотоэффекта.

16. На рис.1.69 приведены вольтамперные характеристики фотоэлемента при освещении его монохроматическим светом частот ν₁ и ν₂ (кривые 1 и 2). Почему они начинаются не из одной точки? В чем причина разных величин токов насыщения?

17. На рис.1.70 приведены вольтамперные характеристики фотоэлемента при освещении их монохроматическим светом (кривые 1 и 2). Сравнить:

а) частоты используемого света.ν₁ и ν₂;

б) интенсивности используемых источников света;

в) количество электронов, выбиваемых из катода в единицу времени для точек А и В; А и С;

г) количество электронов, достигающих анода в единицу времени для точек А и В; А и С.

 

Тепловое излучение

 

1. Объяснить, почему открытая форточка всегда смотрится темным пятном, даже при идеально белой противоположной стене?

2. Опытный металлург по виду раскаленного металла может примерно определить его температуру. Каким законом теплового излучения он при этом интуитивно пользуется?

3. Две одинаковых по размеру конфорки на Вашей электроплите раскалены одна до красного, другая до голубого свечения. На какой из них можно быстрее вскипятить чай?

5. Имеются два нагретых шара из одного материала (рис.1.71). Максимум излучательной способности первого соответствует длине волны 0,4 мкм, второго – 0,6 мкм. Во сколько раз отличаются их энергетические светимости?

6. Две печки-буржуйки 1 и 2, изготовленные из одного металла, нагреты до одинаковой температуры (рис.1.72). Сравнить их энергетические светимости и мощности излучения.

7. Две электрические лампочки, имеющие вольфрамовые спирали одинаковой толщины, но разной длины (L₁ > L₂), потребляют одинаковую мощность. Сравнить их температуры.

8. На рис. приведена кривая излучательной способости абсолютно черного тела при температуре Т₁. Как, по вашему, будет расположена эта кривая при температуре Т₂ > Т₁? Дать необходимые пояснения.

 

8. Какие из перечисленных ниже объектов дают равновесное излучение?

1) Электрическая лампа накаливания; 2) газонаполненная лампа;

3) батарея центрального отопления; 4) излучение Солнца;

5) человеческое тело; 6) нагретый чайник;

7) индукционная печь; 8) лесной светлячок;

9) нагретая Солнцем почва;

10) микроволновая печь;

11) флюрисцирующий экран.

9. На рис.1.74 приведена зависимость спектральной плотности энергетической светимости r (λ, Т) от длины волны λ (функции Кирхгофа) для трех различных температур Т. Определить:

а) температуру Т ₁, соответствующую первой кривой;

б) энергетическую светимость в интервале длин волн 0,6 - 0,75 мкм при температуре Т ₁;

в) энергетическую светимость во всем диапазоне длин волн при температуре Т ₁;

г) по кривой 2 постоянную Стефана -Больцмана и сравнить ее с табличным значением.

10. На рис. рис.1.74 приведена зависимость спектральной плотности энергетической светимости r (λ, Т) от волны длины волны λ (функции Кирхгофа) для трех различных температур Т. Найти:

а) отношение температур Т ₁/ Т ₂, Т ₁/ Т ₃, Т ₂/ Т ₃;

б) отношение энергетических светимостей R ₁/ R ₂, R ₁/ R ₃, R ₂/ R ₃;

в) отношение r (λ,Т)_max/ Т ⁵ для всех трех кривых;

г) отношение энергетических светимостей Δ R ₁/Δ R ₂, Δ R ₁/Δ R ₃, Δ R ₂/Δ R ₃, вычисленных в интервале длин волн 0,3 -0,4 мкм.

11. Пользуясь рис.1.74, найти энергию, излучаемую в единицу времени с единицы поверхности, нагретой до температуры Т ₃.

12. Из данных рис.1.74 вычислить температуры Т ₁, Т ₂ и Т ₃. Во сколько раз энергия, испускаемая в единицу времени с единицы поверхности при температуре Т ₁ больше, чем при температуре Т ₂? Т ₃?

 

Рис.1.74

 

 

13. На рис. 1.75 приведена зависимость спектральной плотности энергетической светимости r (λ, Т) от длины волны λ (функции Кирхгофа) для четырех различных температур Т. Определить:

а) температуру Т ₁, соответствующую первой кривой;

б) максимум излучательной способности при температуре Т ₁;

г) температуры Т ₂, Т ₃ и Т ₄;

д) разность длин волн, на которые приходится максимум излучения для температур Т ₂и Т ₄.

Рис. 1.75

 

14. На рис.1.76 показана зависимость спектральной плотности энергетической светимости r (λ, Т) от длины волны λ (функции Кирхгофа) для трех разных температур Т. Найти:

а) температуры Т ₁, Т ₂ и Т ₃;

б) какая доля излучения приходится на видимый диапазон спектра для температур Т ₁, Т ₂ и Т ₃;

 

 

рис.1.76

 

 

15. На рис.1.77 приведена зависимость спектральной плотности энергетической светимости r (ν, Т) от частоты излучения нагретого тела ν для трех разных температур Т. Найти:

а) какая кривая соответствует самой высокой температуре? Самой низкой температуре?

б) отношение Т ₁/ Т ₂;

в) константу с в законе смещения Вина, записанного в виде

ν_max = с Т,

как среднее из трех значений, вычисленных при разных температурах;

г) сравнить энергии квантов, соответствующих максимумам излучения для температур Т ₁ и Т ₂.

 

Рис.1.77

 

 

16. Сравнить энергетические светимости по кривым 1 и 2 (рис. 1.74 и 1.75). Какие температуры соответствуют этим кривым?

 

17. Сравнивая рис.1.78 и 1.79, представляющие экспериментальные зависимости спектральной плотности энергетической светимости, определить, на каком из них изображена зависимость от длины волны, а на каком - от частоты излучения.

 

18. Каким законам теплового излучения соответствуют кривые 2, 5 и 3,6 на рис.1.78 и 1.79?

 

19. Пользуясь рис. 1.78 и 1.79, объяснить термин “ультрафиолетовая катострофа”.

 

20. Чем отличаются кривые 1 и 4, приведенные на рис. 1.78 и 1.79?

 

21. Чем объяснить несоответствие экспериментальных кривых 2 и 5, 3 и 6 зависимости спектральной плотности энергетической светимости, изображенных на рис. 1.78 и 1.79?

 

Рис.1.78

22. Какие формулы абсолютно черного тела согласуются с экспериментальными зависимостями r (λ, Т) и r (ν, Т), приведенными на рис.1.78 и 1.79 во всем диапазоне температур и длин волн (частот)? Какой характер излучения они предполагают?

 

 

Рис.1.79

 

 

23. Какие из кривых 1-6 на рис.1.78 и 1.79 и соответствуют дискретному характеру излучения? Непрерывному?

 

24. По кривым 1 и 4 какого из рис.1.78 и 1.79, можно определить длину волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости излучения абсолютно черного тела? Чему она равна, если одна клетка по горизонтальной оси соответствует 0,15 мкм?

 

25. В каких областях рис.1.78 и 1.79, формула Рэлея- Джинса согласуется с экспериментальным ходом спектральной плотности энергетической светимости?

 

Эффект комптона

 

1. Какие электроны в веществе можно считать свободными?

2. Почему эффект Комптона не наблюдается в видимом диапазоне?

3. Почему в эффекте Комптона длина волны рассеянного излучения больше длины волны излучения падающего?

4. При наблюдении эффекта Комптона длина волны падающего излучения составляла 10 пм. Может ли рассеянное излучение иметь частоту 5∙10 ¹⁹ Гц?

5. При наблюдении эффекта Комптона длина волны падающего излучения составляла 10 пм. Может ли рассеянное излучение иметь длину волны 8 пм?

6. При наблюдении эффекта Комптона на свободных электронах импульсы падающего (р) и рассеянного фотонов (р ′) направлены так, как показано на рисунке. Указать направление движения импульса электрона отдачи.

7. При наблюдении эффекта Комптона на свободных электронах импульсы рассеянного фотона (р ′) и электрона отдачи (р_е) направлены так, как показано на рисунках и. Указать направление импульса р падающего фотона.

8. При наблюдении эффекта Комптона на свободных электронах импульсы падающего фотона (р) и электрона отдачи (р _е) направлены так, как показано на рисунке. Указать направление импульса рассеянного фотона.

 

9. Каков максимальный угол рассеяния фотона в эффекте Комптона.

10. В эффекте Комптона фотон рентгеновского излучения рассеялся на угол 180˚. В каком направлении полетел электрон отдачи?

 

11. Рентгеновское излучение с длиной волны 70 пм испытывает комптоновское рассеяние на свободных электронах в обратном направлении. Определить длину волны рассеянного излучения.

12. Во сколько раз отличаются комптоновские длины волн при рассеянии рентгеновского излучения на свободных электронах и протонах?

13. Определить температуру нагретого черного тела, излучательная способность которого приведена на графике (рис. 1.73).